下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
光纤，即光导纤维，它是一种用硅或者塑料制成的，具有可弯折性且透明的纤维。通过全反射的原理，光可以在这种纤维内传导。通过光的折射而控制光导向的概念早在1840年就由Daniel Colladon和Jacques Babinet两人提出了。12年之后，通过自然白光在水与空气的界面上发生散射的研究，John Tyndall在伦敦的公共课程中公开演示了光沿着弯曲水柱传播的试验，这个试验开创了光定向传导的先河。此后，有关光信号在介质中定向传播的应用一直受制于传导过程中损耗高这个缺陷。直到1965年，经过不断的试验，英国标准电信实验室（STC）的Charles K.Kao（高锟）和George A.Hockham提出了可以将光纤中光的传输损耗降低到20dB/km的论断。两人的理论预言了光纤在信息通信方面的应用。此后，随着光传播的损耗问题的解决，光纤在各种技术应用领域不断拓展，技术的不断发展和进步让光纤研究持续从实验室的研究项目走向产业化、商品化，由此催生出了庞大的光纤技术产业 [1-3] 。
光纤因其传输损耗小、保密性能高、传输带宽大的优点起初被大量应用在信息通信领域。光纤本身所具有的很多特点也让它成为制备传感器非常理想的材料。在光纤传感器中，外界信号感知及信号传导的工具都可以是光纤，相对传统的传感器，光纤传感器的结构更为简单。光纤作为光纤传感器的感应承受体，可以感应温度、位移、电场、应力等量的变化，这些量的变化会引起光纤内部结构的某些微观或介观结构的变化，在其中传输的光信号也会因为这些微小的变化而发生相应的变化。因而，通过比较原来的光信号和变化后的光信号之间的差别，从理论上来说就可以分析出外界情况的变化。
光纤传感器技术研究最早开始于1977年，美国海军研究所开始执行由查尔斯·M.戴维斯主持的Foss（光纤传感器系统）计划。早期的光纤传感器存在价格昂贵、技术不够成熟等问题，在工程上并没有得到广泛的应用。光纤传感器具有极高的灵敏度和精度 [4] 、良好的抗电磁干扰能力、高绝缘强度，以及耐高温、耐腐蚀、轻质、柔韧等优点。随着光纤传感技术的发展和工艺水平的提高，光纤传感器的应用得到了大力推广，很多国家加大了对光纤传感器的研究力度。近年来，光纤传感器在军事和民用领域的应用进展都十分迅速，例如，运用光纤传感器监测电力系统的电流、电压、温度等重要参数 [5] ，利用光纤传感器监测桥梁 [6] 和重要建筑物 [7] 的应力变化，等等。目前，桥梁、大坝等施工项目已经开始广泛应用光纤传感器，相关技术也逐渐成熟 [8-10] 。日本和西欧各国也高度重视光纤传感器的研究，并投入大量经费开展光纤传感器的研究和开发。日本在20世纪80年代便制定了“光控系统应用计划”，旨在将光纤传感器应用于大型电厂，以实现在强电磁干扰、易燃易爆等恶劣环境下的信息测量、传输和生产过程控制。20世纪90年代，日本东芝、日本电气等15家公司和研究机构研究开发了12种一流水平的民用光纤传感器。西欧各国的大型企业也积极参与了光纤传感器的研发和市场竞争，其中包括英国标准电讯研究所、法国汤姆逊公司、德国西门子公司等。我国在20世纪70年代末就开始了光纤传感器的研究，起步时间与国际相差不远，但我国的研究水平与发达国家相比还有不小的差距，主要表现在商品化和产业化方面，大多数产品仍处于实验室研制阶段，不能投入批量生产和工程化应用 [11-14] 。